ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект подисциплине «Теплогидравлические процессы в ядерных энергетическихустановках» выполняется после изучения теоретического курса с цельювыполнения следующих основных задач:
— закрепление и углубление знаний, полученных студентами приизучении курсов «Теория ядерных реакторов», «Ядерныеэнергетические реакторы»,«Теплогидравлические процессы в ядерныхэнергетических установках»;
— расширение круга знанийстудентов путем изучения специальной литературы, правил устройства и безопаснойэксплуатации, инструкций, справочников, научно-технических статей и др.;
— развитие творческойинициативы студентов при самостоятельном решении поставленных перед ними задач;
— развитие у студентовнавыков самостоятельного систематического, технически и литературно грамотногоизложения в пояснительной записке, обоснования принятых решений, методоврасчета и т.п.
В ходе выполнениякурсового проекта была закреплена методика теплогидравлического расчета ядерныхэнергетических реакторов, изложение которой приведено в данных методическихуказаниях.
1. Задачитеплогидравлического расчёта водоохлаждаемого реактора
В энергетических ядерныхреакторах теплота, генерируемая в топливе при его делении, отводитсяциркулирующим через активную зону теплоносителем. Мощность реактора ограниченатеплопередающими возможностями теплоносителя. Поэтому для достижения высокой эффективности и безопасности ядернойэнергоустановки необходимо знать параметры процессов отвода теплоты на всехэтапах теплопередачи от активной зоны реактора до поступления пара в турбину.
К основным типамотечественных энергетических реакторов относятся корпусные реакторы с некипящейводой типа ВВЭР, канальные водографитовые реакторы с кипящей водой типа РБМК.
Теплогидравлический расчетреакторов вместе с физическим, прочностным и экономическим служит дляобоснования проекта ядерной реакторной установки, ее теплотехническойоптимизации и повышения ее теплотехнической надежности. При теплогидравлическомрасчете определяют распределение расхода теплоносителя по каналам реактора,давления и паросодержания по контуру циркуляции, температуры в элементахреактора, а также параметры оборудования первого контура установки.
Для проведенияповерочного теплогидравлического расчета необходимо задавать исходные данные:технологическую схему первого контура, режимные параметры, конструкционные итеплотехнические характеристики активной зоны, гидравлические характеристикиэлементов контура циркуляции, теплофизические свойства материалов.
На стадиях эскизного,технического и рабочего проектов теплогидравлические расчеты ведут с разнойстепенью детализации при номинальных параметрах, частичных нагрузках, призапуске и расхолаживании реактора, аварийных ситуациях.
Многовариантные проектныерасчеты проводятся с целью выбора оптимальной конструкции реактора и назначенияоптимальных режимных параметров. Они носят оценочный характер, а результатырасчетов сопоставляются с лимитирующими факторами: допустимой температуройтеплоносителя, замедлителя, оболочки и сердечника твэлов. Температурныйдиапазон работы материалов в энергетических ядерных реакторах составляет200...2600°С. К лимитирующим факторам относятся также запас до кризисатеплоотдачи, допустимая скорость теплоносителя и т.п.
В связи со сложностью,взаимосвязанностью физических, теплофизических, гидродинамических процессов ихматематические модели громоздки и исследуются численно на ЭВМ. В рамкахкурсового проекта по курсу " Теплогидравлические процессы в ядерных энергетическихустановках"рассматриваются решения наиболее распространенных задач.
1. ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАНАЛА
1.1 Расчет основных геометрических характеристик канала иактивной зоны
К числу основных геометрических характеристик активнойзоны реактора типа РБМК относятся объем и диаметр активной зоны. Площадь однойячейки активной зоны реактора типа РБМК согласно рисунка 1.1 определяют как:
/> (1.1)
где а — шаг решетки технологических каналов, м.
Количество ячеек в активной зоне N определяют по формуле (1.2). Проходное сечение ТВСизображено на рисунке 1.2.
/> (1.2)
/>
1- блок графитовой кладки; 2 – осевое отверстие для ТВС; 3 –площадь ячейки.
Рисунок 1.1- К определению площади ячейки в графитовыхреакторах.
а гидравлический и тепловой периметры и соответствующиедиаметры:
/> (1.3)
/> (1.4)
/> (1.5)
/>
Рисунок 1.2 — Схематический разрез канала реактора РБМК-1000
/> (1.6)
В приведенных формулахприняты следующие обозначения:
/>-внутренний диаметр трубы рабочего канала, м; п — числотвэлов в канале; d2 — наружный диаметр оболочки твэла,м; dц — диаметр центральной трубки ТВС, м.
1.2 Определениекоординаты точки закипания
Определение координатыточки закипания, как и весь тепло-гидравлический расчет, выполняется для одногоканала: со средней тепловой нагрузкой. При выполнении расчета канал расчленяетсяна участки длиной ДЖ. Длина участка, как правило, принимается равной расстояниюмежду дистанционирующими решетками — рисунок 1.3.Расчетный сечениям присваиваются числовые значения координаты 2. При этом прирасчете реактора РБМК в отличие от изложенного ранее для реактора ВВЭР вкачестве координаты Z=0 принимаютсечение на входе в канал. Вычислительный процесс по определении координатыточки закипания носит итерационный характер. Схема алгоритма этой процедурыизображена на рисунке 1.4.
1.2.1 Определениикоординаты точки закипания
При определении координаты точки закипания и в последующихрасчетах необходимо располагать рядом характеристик теплофизических свойствтеплоносителя. Для определения теплофизических свойств теплоносителя в технологическомканале предварительно принимают величину перепада давления в нем ДР= 0,2......0,4МПа. По известным давлениям на входе и выходе (Рвых = Рвх_-ДР) определяются соответствующие этим давлениям теплофизические характеристикиводы и пара на линии насыщения. В дальнейшем расчет ведется посреднеарифметическим (между входом и выходом) величинам:
давление среды />, МПа;
энтальпия воды и пара налинии насыщения /> и />, кДж/кг;
плотность воды и пара налинии насыщения /> и />, кг/м3;
скрытая теплотапарообразования />, кДж/кг;
коэффициентысоответственно динамической и кинематической вязкости: />, Па·с; />, м2/с;
коэффициентповерхностного натяжения />, Н/ч;
температура насыщения />, °С;
коэффициенттеплопроводности />, кВт/(м·К);
изобарная теплоемкость />, кДж/(кг·К).
/>
1 — зазор между верхней и нижней ТВС; 2 — дистанционирующие решетки
Рисунок 1.3 — Схема расположения пучков ТВС вканале реактора РБМК
1.2.2 Определение теплофизическимисвойствами воды
Для выполнения дальнейших расчетовнеобходимо также располагать теплофизическими свойствами воды на участкеподогрева до температуры насыщения:
на входе в участок определяетэнтальпию и плотность воды как функцию температуры и давления на входе
/>; />;
средние значения температуры,давления и плотности воды:
/>
/>
/>
изобарная теплоемкость и коэффициентдинамической вязкости:
/>
/>
Определенные таким образомтеплофизические свойства принимаются в первом приближения идентичными дляканала средней тепловой нагрузкой.
/>
Рисунок 1.4 — Схема алгоритмаопределения координаты конца участка подогрева теплоносителя до температурынасыщения
1.2.3 Определение координаты точкиканала закипания
Определение координаты точки каналазакипания ведется итерационным способом (см. рисунок 1.4) на основании формулы:
/> (1.7)
где /> и /> - энтальпия водысоответственно на входе в канал и на линии насыщения при давлении на входе,кДж/кг; /> - термодинамическая производная[кДж/(кг·МПа)], которая определяется поданным [7] с помощью формул приближенного численного дифференцирования [14 ]:
/> (1.8)
Др — перепад давления на участке подогревав предположении, что в нем течет вода при температуре насыщения, МПа ;
l — длина участка подогрева, м. В первом приближениипринимается равной высоте активной зоны H0. При последующих итерациях принимается равной координате />, определенной в текущемитерационном цикле (см. рисунок 1.4); /> -среднее значение линейного теплового потока на участке подогрева, кВт/м2;
G — расход теплоносителя через рассчитываемый канал, кг/с.
1.2.4 Определениеперепада давления
Перепад давления научастке подогрева рассчитывается в предложении, что в нем течет вода притемпературе насыщения:
/> (1.9)
где /> - коэффициент сопротивления трения в пучке. При этом шагрешетки твэлов для реактора РБМК-1000 может быть принят t= 0,01675 м; /> - сумма коэффициентов местныхсопротивлений, где />=0,4… О,45 в пределах каждого участка(дистанционирующие решетки), за исключением Дz10 и Дz11 (см. рисунок 1.3), в пределах которых /> = 1,15 за счет местного сопротивленияв зоне между верхней и нижней ТВС; /> - массовая скорость, кг/(м2·с).Определяется по расходу теплоносителя в канале, который для канала со среднейнагрузкой рассчитывается по формуле
/> (1.10)
В формуле (1.10)используются следующие данные:
/> ; /> - соответственно энтальпияводы на линии насыщения и скрытая теплота парообразования при давлении на выходеиз канала, кДж/кг; х — массовое паросодержание на выходе из канала (см. табл.2); iВх — энтальпия воды на входе в канал, кДж/кг; N -количество каналов в активной зоне.
1.2.5 Средней линейныйтепловой поток
Среднее значениелинейного теплового потока на участке подогрева
/> (1.11)
где /> - линейный тепловой поток в центральной плоскостиканала, кВт/м, пределяемый для канала со средней тепловой нагрузкой по формуле
/> (1.12)
здесь КZ =1.5 — коэффициент неравномерностиэнерговыделения по высоте активной зоны; Н=Н0+2·д высота активнойзоны с учетом экстраполированной добавки, м.
1.3 Определение координатыточки начала поверхностного кипения
Поиск координаты началаповерхностного кипения при расчете реактора типа РБМК осуществляется в пределахподогрева теплоносителя до температуры кипения. Расчет выполняется для одногоканала (со средней тепловой нагрузкой) ряда расчетных сечений с шагом по высотеДz. При определении с заданнойточностью Уz координаты сечения началаповерхностного кипения используется итерационный метод, когда постепенносужается участок канала, на котором ведется поиск. Схема алгоритма определениякоординаты точки начала поверхностного кипения изображена на рисунок 1.5.
1.3.1 Определение теплофизическимисвойствами теплоносителя
По известному давлениютеплоносителя на входе в канал (исходные данные) и выходе из участка подогреваопределяются теплофизические свойства теплоносителя на линии насыщения (i', i", с', с", r, у, м', н'). Предполагая линейный закон изменения этих величин по длине участкаподогрева, определяют интенсивность их изменения по высоте канала:
/> (1.13)
где AВЫХ и AВХ — значения того или иного теплофизического свойства навходе и выходе участка подогрева. При этом для расчетного сечения z значение теплофизических свойств может быть определено как
/> (1.14)
Скорость теплоносителя врасчетных сечениях определяется как
/> (1.15)
где /> - удельный объем теплоносителя врасчетном сечении с координатой z, м3/кг.
1.3.2 Определение относительной энтальпия
/> (1.16)
1.3.3 Относительнаяэнтальпия, соответствующая началу закипания
Относительная энтальпия,соответствующая началу закипания в расчетном сечении с координатой,определяется как
/> (1.17)
где поверхностнаятепловая нагрузка
/> (1.18)
а число Рейнольдса
/> (1.19)
Теплофизические свойстваи скорость теплоносителя, входящие в формулы (1.17) и (1.18), на первомитерационном шаге определяются согласно рекомендациям. На втором и всехпоследующих шагах эти величины могут приниматься равными среднеарифметическимзначениям между входом и выходом участка, заключенного между сечениями скоординатами zi-1 и zi.Выборэтих координат определяется условиями:
/>
Рисунок 1.5 — Схемаалгоритма определения координаты начала поверхностного кипения
/> (1.20)
Итерационный цикл по определениюточки начала поверхностного кипения считается законченным, если соблюденоусловие
/> (1.21)
где /> напередзаданная точность в определении координаты точки закипания, например 0,01 м. При этом принимается zH.K.=zi=zi-1.
1.3.4 Определение координаты точкиначала поверхностного кипения
Наряду с рассмотренным способомопределения координаты точки начала поверхностного кипения, основанным наитерационном вычислительном процессе, возможен упрощенный способ нахождения zH.K.
/> (1.22)
Здесь /> рассчитываютпо формуле (1.17), но в отличие от п.1.3.3 расчет ведут по средним значениям:
/> (1.23)
где
/> (1.24)
Теплофизические свойства теплоносителяи его скорость в формуле (1.23) определяются как среднеарифметические междувходом и выходом участка подогрева (zBX-zП) с учетомуточненного (см. п.1.3.1) перепада давления на этом участке. Выбор координат zi-1, и zi определяетсяусловием
/> (1.25)
Относительную энтальпию /> и /> рассчитывают поформуле из книги энегретические ядерне реакторы.
1.4 Определеннакоординаты точки начала развитого объемного кипения
Координату точки начала развитогообъемного кипения теплоносителя определяют по формуле
/> (1.26)
Выбор координат zi-1, и zi определяетсяусловием
/> (1.27)
где /> и /> - относительныеэнтальпии теплоносителя в сечениях с координатами zi-1, и zi.
Массовое паросодержание(относительная энтальпия) в точке развитого объемного кипения
/> (1.28)
где вР — объемноерасходное паросодержание в области х>0, при которой начинается развитоеобъемное кипение:
/> (1.29)
Здесь /> -среднее для канала значение поверхностного теплового потока, определяемое поформуле (2.24), кВт/м2.
Теплофизические свойстватеплоносителя и его скорость, входящие в формулы (1.28) и (1.29), определяютсякак среднеарифметические на участке подогрева (см. п.1.3.1).
1.5 Оценкараспределения истинного объемного и массового паросодержания по высоте канала
Потеря давления в канале итеплоотдача к двухфазному потоку теплоносителя определяются режимом течения.Основными характеристиками двухфазного потока при этом являются истинноеобъемное ц и массовой расходное х паросодержание. После определения границмежду различными режимами течения (см. подразд.1.2 — 1.4) становится возможнымустановить характер распределения ц и х по высоте канала.
1.5.1 Определениемассового и истинного паросодержания
На участке поверхностного кипения скоординатами от zHK до zП изменение массовогопаросодержания х(z) интерполируется прямой от х(zHK)= 0 до x(zП) где
/> (1.30)
Здесь /> - истинное объемноепаросодержание. Плотность воды и пара в формуле (1.30) также определяются поэтому сечению.
Истинное объемное паросодержание впределах рассматриваемого участка
/> (1.31)
где /> и /> - относительныеэнтальпии в сечениях с координатами z и zHK.
1.5.2 Определениепромежуточных значений массового и истинного паросодержания
На участке канала, заключенного междусечениями с координатами zП и zP, изменениемассового паросодержания x(z) интерполируется прямой от х(zП)=хП до х(zР)=хР (см. формулы (1.30)и (1.28)).
Истинное объемное паросодержание наэтом участке также интерполируется прямой /> до/> (см. пп. 1.5.1 и 1.5.3).
1.5.3 Расчетучастка развитого пузырькового кипения
На участке развитого пузырьковогокипения между сечениями с координатами zР и zВЫХ, массовое расходноепаросодержание равно относительной энтальпии и рассчитывается по формуле (48):
/> (1.32)
Истинное объемное паросодержание наэтом участке
/> (1.33)
Коэффициент проскальзывания /> по высоте канала остаетсяпрактически постоянным. Используя вР [см. формулу (1.29)], егооценку можно выполнить по формуле, предложенной В.С. Осмачкиным [2]:
/> (1.34)
здесь число Фруда рассчитывается поформуле
/> (1.35)
скорость смеси
/> (1.36)
приведенная скорость пара
/> (1.37)
где />;/> и />(см. п.1.2.1)
Приведенная скорость воды
/> (1.38)
1.6 Расчетпотери напора и распределения давления по высоте канала
Расчетные соотношения для определенияпотери напора по высоте канала предопределяются характером сечения и структуройпотока. По высота рабочего канала реактора типа РБМК различают три участка: соднофазной средой (от zBX до zHK ), поверхностногокипения (от zHK до zP), с двухфазнойсредой и развитым объемным кипением (от zP до zBЫX). При расчетепотери напора на каждом из двух участков они, в свою очередь, расчленяются нанесколько расчетных элементов, в пределах которых определяются длина элемента Дz и суммакоэффициентов местных сопротивлений /> (см.п.1.2.4).В общем случае потеря напора определяется как сумма отдельных составляющих:
/> (1.39)
1.6.1 Определение потери давления натрение
Потеря давления на преодолениесопротивления трения: при течении однофазной среды
/> (1.40)
на участке развитого кипения
/> (1.41)
на участке поверхностного кипения
/> (1.42)
где />рассчитывают поформуле (1.41).
В приведенных формулах принятыследующие обозначения:
Дz — длинарассчитываемого элемента, м; dГ — гидравлический диаметр, м, рассчитываетсяпо формуле (2.3); /> -соответственноплотность среды на участке однофазного потока, плотность воды и пара [кг/м3]на линии насыщения и скрытая теплота парообразования [кДж/кг], определяемые согласнорекомендациям, приведенным в п.1.2.1; х — массовое паросодержание врассчитываемом элементе. Определяется как среднеарифметическое между входом ивыходом (см. подразд.1.5); ш — поправочный коэффициент, учитывающий структурудвухфазного потока и определяемый по рисунок 1.6; qS — среднеарифметическое(между входом и выходом) значение поверхностного теплового потока врассматриваемом элементе, рассчитываемое с привлечением формулы (2.18), кВт/м; /> - скорость циркуляции,м/с.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рисунок 1.6 — Зависимостькоэффициента ш от скорости циркуляции и давления
1.6.2 Определение потери давления наместных сопротивлениях
Потеря напора из-за местныхсопротивлений при течении однофазной среды определяется как
/> (1.43)
Для участка с двухфазной средой
/> (1.44)
1.6.3 Определение нивелирнойсоставляющей потери давления
Нивелирная составляющая потери напорапри течении: однофазной среды
/> (1.45)
для двухфазной среды
/> (1.46)
где /> - плотностьпароводяной смеси,
/> (1.47)
здесь /> - истинное объемноепаросодержание на рассчитываемом элементе, определяемое как среднеарифметическоемежду входом и выходом (см. подразд. 1.5).
1.6.4 Определение потери давления наускорение среды
Потеря напора на ускорение средыучитывается только на участках поверхностного и развитого кипениятеплоносителя:
/> (1.48)
где /> - приращениеистинного объёмного паросодержания по длине рассчитываемого элемента (см.подразд.1.5).
1.6.5 Давление теплоносителя
Давление теплоносителя в расчетныхсечениях по высоте канала
/> (1.49)
1.7 Расчет коэффициентов теплоотдачи,температуры наружной поверхности оболочки твэла и запаса до кризиса теплообменапо высоте канала
1.7.1 Температура наружнойповерхности оболочки твэла
Температура наружной поверхностиоболочки твэла по высоте канала со средней тепловой нагрузкой
/> (1.50)
де /> - температуратеплоносители в расчетном сечении с координатой z,°С. Определяется поэнтальпии (см.формулу (1.16)) и давлению (см. подразд.1.6) для участка соднофазной средой от zBXдо zП. Выше координаты zП теплоносительнаходится в состоянии насыщения и его температура определяется как температуранасыщения при соответствующем давлении; qS(z) — поверхностныйтепловой поток в расчетном сечении, определяемый по формуле (1.18), кВт/м; /> - коэффициенттеплоотдачи от твэла к теплоносителю, кВт/м2К).
Расчетные соотношения для определениякоэффициента теплоотдачи зависят от режима течения и структуры потока. Применительнок рабочим каналам реактора РБМК по их высоте выделяют три участка:
конвективного теплообмена от z = 0 до z = zHK
поверхностного кипения от z = zHK до z = zP
развитого кипения от z = zP до z = zBЫX
1.7.2 Участок конвективноготеплообмена
На участке конвективного теплообменакоэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле (1.51):
/> (1.51)
Где />-соответсвенно коэффициент теплопроводности, коеффициент кинематичской вязкостии число Прандтля для теплоносителя в расчетном сечении ТВС с координатой z; /> — соответственно массоваяскорость теплоносителя и гидравлический диаметр.
1.7.3 Участок поверхностного кипения
На участке поверхностного кипениякоэффициент теплоотдачи в каждом расчетном сечении может быть определен всоответствии с формулой, рекомендованной Л.С. Стерманом [3; 4]:
/> (1.52)
здесь /> - число Нуссельта,которое определяется обычной зависимостью для турбулентного режима теченияоднофазной среды (см. формулу (1.51)); /> -скорость воды, м/с; /> - скорость смеси, м/с; /> - температура насыщения,К.
Эта формула применима при соблюденииусловия
/> (1.53)
В противном случав коэффициенттеплоотдачи рассчитывается по формуле (1.51).
1.7.4 Коэффициент теплоотдачи научастке развитого кипения
На участке развитого кипениякоэффициент теплоотдачи в каждом рассматриваемом сечении рассчитывается посоотношениям, рекомендованным Н.Г. Стюшиным [3]:
/> (1.54)
где St — число Стантона,подсчитываемое как
/> (1.55)
здесь р — давление теплоносителя, MПa; у, р" — соответственнокоэффициент поверхностного натяжения, Н/м; и плотность пара на линии насыщения,кг/м3;
/> (1.56)
Все теплофизические параметры, входящиев эти формулы, определяются по температуре насыщения.
1.7.5 Коэффициент запасадо кризиса теплообмена
Коэффициент запаса до кризиса теплообменаопределяют соотношением:
/> (1.57)
где qS(z) — поверхностная тепловаянагрузка, рассчитывается по формуле (1.18), кВт/м2;qKP(z) — критическийтепловой поток, который согласно рекомендациям В.Н. Смолина и В.К. Полякова [4]можно рассчитать по формуле
/> (1.58)
Здесь р — давление теплоносителя,МПа; х — относительная энтальпия.
1.8 Расчеттемператур внутренней поверхности оболочки твэла, наружной поверхности ицентральной части топливного сердечника
Температуры внутренней поверхностиоболочки твэла, наружной поверхности и центральной части топливного сердечникасущественным образом зависят от теплопроводности соответственно циркония, гелияи двуокиси урана, которые в свою очередь являются функциями температуры. В силуэтого расчет указанных температур ведется итерационным способом. Расчетсчитается законченным, если расхождение в значениях температур, полученных вдвух последних итерационных циклах, не превышает наперед заданной величины,например />.
1.8.1 Температуравнутренней поверхности оболочки твела
Температура внутренней поверхностиоболочки твела [1]:
/> (1.59)
где /> - линейный тепловойпоток в центральной плоскости канала, кВт/м, определяемый по формулам (1.12).
Остальные величины, входящие вформулу (1.58). Подсчитаны ранее или определены в исходных данных.
1.8.2 Температура наружнойповерхности топливного сердечника
Температура наружной поверхноститопливного сердечника
/> (1.60)
где /> - средний радиус газовогозазора между оболочкой и топливным сердечником; /> -толщина газового зазора.
1.8.3 Температура в центретопливного сердечника
Температура в центре топливногосердечника [1]
/> (1.61)
где /> - коэффициенттеплопроводности двуокиси урана, кВт/(м·К).
1.9 Расчеттемпературного режима графитовой кладки
Температура графита по высоте канала (максимальнойи средней нагрузки) не должна превышать 700 °С [б] и определяется как
/> (1.62)
где /> - температурныйперепад вследствие теплоотдачи от внутренней поверхности трубы ктеплоносителю,°С; /> - температурный перепад по толщинестенки трубы,°С; /> - перепад температуры на системе«газовые зазоры — графитовые втулки» (рисунок 1.7),°С. При выполнениикурсового проекта может быть оценён значением 80...100 0С. Подробнееметодика изложена в [6]; /> - температурный перепад по толщинеграфитового блока,°С.
1.9.1 Температурныйперепад от внутренней поверхности трубы к теплоносителю
Температурный перепад вследствиетеплоотдачи от внутренней поверхности трубы к теплоносителю
/> (1.63)
где /> - поверхностный тепловойпоток, обусловленный тепловыделением в графитовой кладке, втулках и циркониевойтрубе канала с внутренним диаметром /> (см. табл2), кВт/м2;/> - коэффициент теплоотдачи от стенкициркониевой трубы к теплоносителю, кВт/(м2·К).
1.9.2 Температурныйперепад по толщине стенки трубы
Температурный перепад по толщинестенки трубы
/> (1.64)
где />, /> - соответственнонаружный и внутренний диаметр циркониевой трубы, м (см. табл. 2).
1.9.3 Температурныйперепад по толщина графитового блока
Температурный перепад по толщинаграфитового блока
/> (1.65)
/>
1 — графитовый блок; 2-циркуляционная труба канала; 3 — графитовая кладка
Pиcунок 1.7 — Схематический разрез топливного канала с блоком графитовой кладки без ТВС
где /> -радиус центрального отверстия в графитовом блоке, м (см. таблицу 2, рисунок 1.1и 1.7); /> эквивалентный наружныйрадиус графитового блока, м; /> -коэффициент теплопроводности графита, кВт(м·К).
1.10 Результаты теплогидравлическогорасчета
Результаты расчета сведем в видетаблицы
Таблица 1.1- Результатытеплогидравлического расчетаПараметр Условное обозначение Значение 1 2 3
Проходное сечение ТВС, м2
SТВС 0,002391 Гидравлический периметр, м
ПГ 1,044265 Гидравлический диаметр, м
dГ 0,009160 Тепловой периметр, м
ПТЕПЛ 0,746442 Тепловой диаметр, м
dТЕПЛ 0,012814 Расход теплоносителя через рассчитываемый канал, кг/с G 4,94
Среднее значение линейного теплового
потока, кВт/м2
/> 229,6 Итерация №1 Погрешность е 1,000 Координата точки закипания, м
zП 3,500 Тепловой поток 1, кВт
Q1 587,8 Тепловой поток 2, кВт
Q2 895,85 Итерация №2 е 0,3439 Координата точки закипания, м
zП 2,3 Тепловой поток 1, кВт
Q1 654,25 Тепловой поток 2, кВт
Q2 497,67 Итерация №3 е 0,3146 Координата точки закипания, м
zП 2,53 Тепловой поток 1, кВт
Q1 641,12 Тепловой поток 2, кВт
Q2 570,94 Итерация №4 е 0,1229 Координата точки закипания, м
zП 2,84 Тепловой поток 1, кВт
Q1 653,58 Тепловой поток 2, кВт
Q2 672,45 Итерация №5 е 0,028 Координата точки закипания, м
zП 2,63 Тепловой поток 1, кВт
Q1 635,24 Тепловой поток 2, кВт
Q2 625,35
Тепловой поток на единицу поверхности, кВт/м2
/> 159,23
/> 394,28
/> 435,05
/> 338,41
/> 164,68
Таблица 1.2- Распределениедавления по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина давление, МПа Р(0) 8,00
Р(zП = 2,63) 7,398
Р(/>) 7,20
Р(/>) 6,80
Р(/>) 6,40
/>
Рисунок 1.8- График изменениядавления по высоте канала
Таблица 1.3 –Распределение коэффициента теплоотдачи по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Коеффициент теплоотдачи, кВт/м2·К
/> 28,9
/> 74,35
/> 75,86
/> 63,2
/> 34,35
/>
Рисунок 1.9 – График изминениякоэффициента теплоотдачи по высоте канала
Таблица 1.4-Распределение наружнойтемпературы оболочки ТВЕЛа по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Наружная температура оболочки ТВЕЛ, 0С
/> 265,23
/> 292,76
/> 298,29
/> 287,65
/> 278,96
/>
/>
Рисунок 1.10- Графикизминения температуры наружной оболочки ТВЭЛа по высоте канала
Таблица 1.5-Распределение внутренней температуры оболочки ТВЕЛа по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Внутренняя температура оболочки ТВЕЛ, 0С
/> 271,3
/> 311,8
/> 312,15
/> 301,5
/> 284,9
/>
Рисунок 1.11- Графикизминения температуры внутренней оболочки ТВЭЛа по высоте канала
Таблица 1.6- Распределение наружной температуры топливного сердечника по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Температура наружной поверхности топливного сердечника, 0С
/> 336,34
/> 494,49
/> 500,48
/> 459,44
/> 349,03
/>
Рисунок 1.12- Графикизминения наружной температуры топливного сердечника по высоте канала
Таблица 1.7- Распределение температуры в центре топливного сердечника по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Температура в центре топливного сердечника, 0С
/> 418,10
/> 880,88
/> 900,5
/> 758,75
/> 434,10
/>
Рисунок 1.13- Графикизминения температуры вцентре топливного сердечника по высоте канала
Таблица 1.8- Распределение температуры в графитовой кладке по высоте каналаПараметр Условное обозначение Величина
Температура в центре топливного сердечника, 0С
/> 385,6
/> 520,5
/> 518,3
/> 490,5
/> 410,5
/>
Рисунок 1.14- Графикизминения температурыв графитовой кладке по высоте канала
Таблица 1.9- Расчет запаса до кризисаПараметр Условное обозначение Величина 1 2 3 Паросодержание, %
/> 10,96
/> 6,57
/> 8,45
/> 10,6
/> 16,2
Критический тепловой поток, кВт/м2
/> 3534,9
/> 3233,1
/> 2914,8
/> 2673,4
/> 2503,2 Коэффициент запаса до кризиса К(0) 22,2
К(zП) 8,2
К(/>) 6,7
К(/>) 7,9
К(/>) 15,2